調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑組合方式與油藏適應(yīng)性研究
——以渤海油田儲(chǔ)層地質(zhì)和流體條件為例*

劉 歡，王承州，盧祥國(guó)，劉義剛，王 楠，張 楠，何 欣

（1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163318；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司研究院，天津塘沽 300450）

渤中34-2/4 油田位于渤海南部海域，受斷層切割影響，儲(chǔ)層為礫砂巖、砂巖、粉細(xì)砂巖等為主的油水關(guān)系比較復(fù)雜的層狀構(gòu)造，原油及其他流體物性較好［1］。該儲(chǔ)層的巖石膠結(jié)疏松、含油層段多、埋藏深、滲透率低，在經(jīng)歷了衰竭開采、注水開采、綜合調(diào)整3 個(gè)階段后，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性加劇，含水率上升，采收率下降，嚴(yán)重制約油田的開發(fā)效果［2-4］。近年來(lái)，為提高渤海油田的開發(fā)效果，研究者們已開展了大量的室內(nèi)研究與礦場(chǎng)試驗(yàn)［5-8］。梁守成等［9］以物理模擬為技術(shù)手段開展了調(diào)剖調(diào)驅(qū)分級(jí)組合效果研究，認(rèn)為多級(jí)調(diào)剖調(diào)驅(qū)技術(shù)兼顧了大孔道治理和中低滲透層深部液流轉(zhuǎn)向技術(shù)需求，可以取得較好增油降水效果。曹偉佳等［10］通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了Cr3+聚合物弱凝膠、強(qiáng)凝膠和聚合物微球組合方式的調(diào)剖效果，發(fā)現(xiàn)采取弱凝膠+強(qiáng)凝膠+聚合物微球的組合方式，采收率增幅最大，液流轉(zhuǎn)向效果明顯。黃曉東等［11］采用凍膠+聚合物微球組合，實(shí)行井口調(diào)剖和在線調(diào)剖調(diào)驅(qū)相結(jié)合的方式來(lái)調(diào)整吸水剖面，最終證明了該技術(shù)對(duì)海上稠油油田的控水穩(wěn)油是可行的，投入產(chǎn)出比是常規(guī)化學(xué)調(diào)剖的3倍。目前有關(guān)調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑組合方式與油藏儲(chǔ)層適應(yīng)性的研究分析較少，本文通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)計(jì)算調(diào)剖劑與調(diào)驅(qū)劑在巖心中的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)以及封堵率，分析其壓力特征和分流率特征，研究確定調(diào)剖劑與調(diào)驅(qū)劑組合方式與目標(biāo)儲(chǔ)層的適應(yīng)性。在大力應(yīng)用聚合物凝膠和微球成熟配套技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)于調(diào)剖/調(diào)驅(qū)技術(shù)個(gè)性化、精細(xì)化方案的設(shè)計(jì)及油田高效開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

干粉聚合物TJDW1，相對(duì)分子質(zhì)量1900×104，水解度25.6%，有效含量88%；低溫酚醛樹脂類交聯(lián)劑，有效含量100%，間苯二酚固化劑，有效含量100%。聚合物微球，分為“納米型”（粒徑200～600 nm）和“超分子型A”（粒徑1～18 μm）兩種，有效含量100%。以上實(shí)驗(yàn)藥劑均由中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院提供。實(shí)驗(yàn)用水為油田模擬注入水，礦化度9130.3 mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）：K++Na+3196.54、Ca2+193.12、Mg2+10.71、Cl-4879.12、SO42-4.3、HCO3-846.51。實(shí)驗(yàn)巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心［12-14］，包括柱體和長(zhǎng)方體兩種規(guī)格，其中柱狀巖心Ⅰ的幾何尺寸為φ2.5 cm×10 cm，滲透率Kg分別為200×10-3、500×10-3、1000×10-3、3000×10-3、5000×10-3μm2；層內(nèi)均質(zhì)方巖心Ⅱ，幾何尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，滲透率Kg=500×10-3、1000×10-3、4000×10-3、8000×10-3μm2。

DV-Ⅱ型布氏黏度儀，美國(guó)Brookfield 公司；BDS400 型倒置生物熒光顯微鏡，奧特光學(xué)儀器公司；驅(qū)替實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等。

單一藥劑適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)流程與組合方式適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程圖

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 調(diào)剖劑和調(diào)驅(qū)劑基本性能測(cè)定

先采用注入水配制質(zhì)量濃度為5 g/L 的干粉聚合物母液，然后用注入水稀釋成質(zhì)量濃度為3 g/L的目的液，再分別加入3 g/L的低溫酚醛樹脂類交聯(lián)劑和3 g/L 固化劑間苯二酚，形成酚醛樹脂聚合物凝膠，即初低黏延緩交聯(lián)型調(diào)剖劑。采用DV-Ⅱ型布氏黏度儀測(cè)試在70 ℃下成膠反應(yīng)不同時(shí)間后的調(diào)剖劑黏度，當(dāng)黏度小于100 mPa·s 時(shí)，采用“0”號(hào)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速6 r/min 下進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)黏度為100～20000 mPa·s時(shí)，采用“1～4”號(hào)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速30 r/min進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試為溫度70 ℃。

采用注入水配制質(zhì)量濃度為3 g/L 的聚合物微球調(diào)驅(qū)劑，攪拌均勻后置于溫度為70 ℃恒溫箱內(nèi)緩膨，定期采用倒置生物熒光顯微鏡觀測(cè)聚合物微球的粒徑。

1.2.2 調(diào)剖劑和調(diào)驅(qū)劑與儲(chǔ)層滲透率適應(yīng)性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

將柱狀巖心抽真空、飽和模擬注入水后，向巖心中注模擬注入水，待壓力穩(wěn)定后記錄注入壓力，計(jì)算巖心水測(cè)滲透率；注入4～5 PV的調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑，實(shí)時(shí)記錄采出液體積和注入壓力；調(diào)剖劑候凝36 h/調(diào)驅(qū)劑緩膨3 d，繼續(xù)注入模擬注入水，實(shí)時(shí)記錄采出液體積和注入壓力。計(jì)算阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)以及封堵率，以此為指標(biāo)評(píng)價(jià)調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑與儲(chǔ)層的適應(yīng)性優(yōu)異程度。以上實(shí)驗(yàn)溫度為70 ℃，注入速率為0.9 mL/min，

1.2.3 調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑組合方式與儲(chǔ)層滲透率適應(yīng)性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

將方形巖心抽真空、飽和模擬注入水后，將不同滲透率級(jí)差［VK=2（Kg=500×10-3/1000×10-3μm2），VK=8（Kg=500×10-3/4000×10-3μm2），VK=16（Kg=500×10-3/8000×10-3μm2）］巖心以并聯(lián)的方式組合在一起，向巖心中注模擬注入水，待壓力穩(wěn)定后記錄注入壓力和高、低滲透層的出液量；采用“恒壓”方式注入0.2 PV（高、低滲透層總孔隙體積）的調(diào)剖劑，記錄注入壓力和高、低滲透層出液量；待調(diào)剖劑候凝36 h后，向巖心中注0.8 PV的調(diào)驅(qū)劑，記錄注入壓力和高、低滲透層出液量；待調(diào)驅(qū)劑緩膨3 d后繼續(xù)注入模擬注入水，記錄注入壓力和高、低滲透層出液量。計(jì)算高滲透層與低滲透層初始、過(guò)程中、后續(xù)水的分流率，以低滲透層分流率的增幅為指標(biāo)評(píng)價(jià)調(diào)剖/調(diào)驅(qū)組合方式與儲(chǔ)層的適應(yīng)性優(yōu)異程度。

以上實(shí)驗(yàn)溫度為70 ℃，除恒壓注入外其他注入速率為1.2 mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 調(diào)剖劑和調(diào)驅(qū)劑基本性能

2.2.1 調(diào)剖劑的成膠性能

在70 ℃下，初低黏延緩交聯(lián)型調(diào)剖劑在不同成膠時(shí)間下的成膠黏度見(jiàn)表1。由表1可知，調(diào)剖劑的黏度在0～2 d 的時(shí)間內(nèi)增加較少，2 d 后急劇增加，表明此時(shí)聚合物分子發(fā)生了分子內(nèi)交聯(lián)，形成了長(zhǎng)鏈或區(qū)域性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［15］，且最終成膠黏度＞100 Pa·s，成膠強(qiáng)度較高。考慮到調(diào)剖劑的注入性及封堵性，將調(diào)剖劑的候凝時(shí)間確定為1.5 d。

表1 調(diào)剖劑在不同成膠時(shí)間下的成膠黏度

2.1.2 調(diào)驅(qū)劑的膨脹性能

在70 ℃下，兩種調(diào)驅(qū)劑在水化不同時(shí)間后的膨脹倍數(shù)見(jiàn)表2。由表2可知，聚合物微球調(diào)驅(qū)劑的膨脹倍數(shù)隨水化時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，“納米型”微球水化后粒徑增大，表面能增加，分散性改善。“超分子型A”微球的初始粒徑膨脹倍數(shù)較小，但水化膨脹速率較快，120 h 后趨于穩(wěn)定，最終聚合物微球的粒徑較大。

表2 兩種調(diào)驅(qū)劑的膨脹倍數(shù)隨水化時(shí)間的變化

2.2 調(diào)剖劑與儲(chǔ)層滲透率適應(yīng)性

調(diào)剖劑在不同滲透率巖心中的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，隨著巖心滲透率的逐漸增大，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)下降，且殘余阻力系數(shù)下降的幅度逐漸變緩，表明調(diào)剖劑在巖心中發(fā)生了滯留，且滯留量隨著滲透率的增加而逐漸減少。此外，調(diào)剖劑對(duì)4 種不同滲透率巖心的封堵率均大于95%，由此可見(jiàn)，該調(diào)剖劑的封堵性能較好，能起到封堵高滲透層，調(diào)整吸液剖面的作用。

表3 調(diào)剖劑對(duì)不同滲透率巖心的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率

在注入調(diào)剖劑過(guò)程中不同滲透率巖心的注入壓力隨注入體積的變化見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，在注入調(diào)剖劑過(guò)程中，隨著巖心滲透率的降低，調(diào)剖劑的注入壓力升高。當(dāng)巖心的氣測(cè)滲透率低于3000×10-3μm2時(shí)，注入壓力呈現(xiàn)持續(xù)升高態(tài)勢(shì)，表明此時(shí)調(diào)剖劑的注入量大于采出量，在巖心中發(fā)生了堵塞，與巖心孔隙尺寸適應(yīng)性較差；當(dāng)巖心的氣測(cè)滲透率高于3000×10-3μm2時(shí)，注入壓力隨著注入體積的增加而逐漸趨于穩(wěn)定，表明此時(shí)調(diào)剖劑在巖心中的注入量與采出量達(dá)到了平衡，與巖心孔隙尺寸適應(yīng)性較好。由此可知，調(diào)剖劑可進(jìn)入巖心的滲透率適宜范圍應(yīng)在1000×10-3～3000×10-3μm2之間。

圖2 調(diào)剖劑注入過(guò)程中注入壓力隨注入體積的變化

2.3 調(diào)驅(qū)劑與儲(chǔ)層滲透率適應(yīng)性

“納米型”調(diào)驅(qū)劑和“超分子型A”調(diào)驅(qū)劑對(duì)不同滲透率巖心的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率見(jiàn)表4。由表4 可知，隨著巖心滲透率的逐漸增加，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)降低，且下降的幅度逐漸變緩，表明這兩種類型的調(diào)驅(qū)劑在巖心中均發(fā)生了滯留，且滯留量隨著滲透率的增加而逐漸減少，同時(shí)，“超分子型A”調(diào)驅(qū)劑在巖心中的殘余阻力系數(shù)大于阻力系數(shù)，表明“超分子型A”調(diào)驅(qū)劑與巖心孔隙尺寸配伍性較好。此外，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在巖心滲透率相同的情況下，“超分子型A”調(diào)驅(qū)劑在巖心中的封堵率大于“納米型”調(diào)驅(qū)劑，由此可知，“超分子型A”調(diào)驅(qū)劑在巖心中的水化膨脹性能、深部調(diào)驅(qū)能力優(yōu)于“納米型”調(diào)驅(qū)劑的。

表4 調(diào)驅(qū)劑對(duì)不同滲透率巖心的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率

不同滲透率巖心在注入調(diào)驅(qū)劑過(guò)程中注入壓力隨注入體積的變化見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，在注入調(diào)驅(qū)劑過(guò)程中，隨著巖心滲透率的降低，注入壓力升高。當(dāng)巖心的氣測(cè)滲透率在500×10-3～1000×10-3μm2時(shí)，兩種調(diào)驅(qū)劑的注入壓力隨著注入體積的增加而逐漸趨于穩(wěn)定，表明調(diào)驅(qū)劑與巖心孔隙尺寸適應(yīng)性較好。由此可知，兩種調(diào)驅(qū)劑可進(jìn)入巖心的滲透率適宜范圍均應(yīng)在500×10-3～1000×10-3μm2之間。

圖3 “納米型”調(diào)驅(qū)劑（a）和“超分子型A”調(diào)驅(qū)劑（b）的注入壓力隨注入體積的變化

2.4 調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑組合方式與儲(chǔ)層滲透率適應(yīng)性

對(duì)雙管并聯(lián)巖心先水驅(qū)然后以“恒壓”方式注入0.2 PV（高、低滲透層總孔隙體積）的調(diào)剖劑，待調(diào)剖劑候凝36 h 后，再向巖心中注0.8 PV 的調(diào)驅(qū)劑，待調(diào)驅(qū)劑緩膨3 d后，繼續(xù)水驅(qū)，在3種滲透率級(jí)差、2 種調(diào)驅(qū)劑類型情況下高、低滲透層的分流率測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，當(dāng)調(diào)剖劑和調(diào)驅(qū)劑注入并聯(lián)巖心后，后續(xù)流體由高滲層轉(zhuǎn)向低滲層，致使高滲層吸液量減少，低滲層吸液量增加，且隨著巖心滲透率級(jí)差的增大，低滲層吸液量增幅減小。同時(shí)，在調(diào)剖劑注入量相同的基礎(chǔ)上，“超分子型A”調(diào)驅(qū)劑對(duì)于提高低滲透層的分流量效果更好一些。這表明對(duì)于非均質(zhì)性較強(qiáng)的地層，采用凝膠類調(diào)剖體系能有效封堵高滲透層，而采用聚合物微球類調(diào)驅(qū)劑體系可實(shí)現(xiàn)對(duì)流體在巖心深處的宏觀和微觀調(diào)控，兩者組合在一起，相輔相成，能較好地提高低滲透層的動(dòng)用程度，提高低滲透層的采收率。

表5 調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑組合注入對(duì)不同滲透率級(jí)差巖心的分流率

不同巖心滲透率級(jí)差情況下，高、低滲透層分流率隨注入體積的變化見(jiàn)圖4。從圖4可以看出，在滲透率級(jí)差小于8時(shí)，調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑組合方式對(duì)于后續(xù)流體的轉(zhuǎn)向效果較好，低滲透層的吸液量明顯增加，動(dòng)用程度提高；而滲透率級(jí)差大于8 時(shí)，注入調(diào)剖劑和調(diào)驅(qū)劑后，低滲層吸液量較水驅(qū)階段也相應(yīng)有所增加，但增加幅度略低。調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑組合方式提高低滲透層的動(dòng)用程度隨著儲(chǔ)層非均質(zhì)性的增大而降低，滲透率級(jí)差大于8 后，調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑組合方式的液流轉(zhuǎn)向效果有所減弱。

圖4 驅(qū)替過(guò)程中不同滲透率級(jí)差巖心高、低滲透層的分流率隨注入體積的變化

3 結(jié)論

調(diào)剖劑與調(diào)驅(qū)劑在與儲(chǔ)層滲透率適應(yīng)性研究中，應(yīng)著重考察兩者的注入能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算調(diào)剖劑與調(diào)驅(qū)劑在巖心中的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)以及封堵率，分析其壓力特征，確定其與儲(chǔ)層滲透率適應(yīng)性的優(yōu)劣。在70 ℃、0.9 mL/min的注入速率下，初低黏延緩交聯(lián)型調(diào)剖劑可進(jìn)入巖心滲透率的適宜范圍應(yīng)在1000×10-3～3000×10-3μm2之間，封堵率大于95%，封堵性能和液流轉(zhuǎn)向效果均較好；“納米型”和“超分子型A”聚合物微球非連續(xù)性調(diào)驅(qū)劑可進(jìn)入巖心滲透率的適宜范圍應(yīng)在500×10-3～1000×10-3μm2之間，且“超分子型A”調(diào)驅(qū)劑在巖心中的水化膨脹性能、深部調(diào)驅(qū)能力要優(yōu)于“納米型”調(diào)驅(qū)劑。

采用凝膠類調(diào)剖劑可對(duì)巖心的高滲透層進(jìn)行有效封堵，采用微球類調(diào)驅(qū)體系可實(shí)現(xiàn)對(duì)流體在巖心深處的宏觀和微觀調(diào)控，兩者組合在一起，能較好地提高低滲透層的動(dòng)用程度。調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑組合方式提高低滲透層的動(dòng)用程度隨著儲(chǔ)層非均質(zhì)性的增強(qiáng)而降低，滲透率級(jí)差大于8 后，調(diào)剖劑/調(diào)驅(qū)劑組合方式的液流轉(zhuǎn)向效果有所減弱。